Die Ektoenzyme der Dermatophyten

Summary

• 1. Investigatios were made on the pH-dependence of the activity and substrate specifity of some enzymes (excreted to decompose or transforme nutrient substrates) on dermatophytes, and keratinophilic molds.

• 2. In correlation with the alkalinizing tendency of these fungi the optimal effects of amylases are at pH 7.2, of the alkaline phosphatase at pH 8.7, of lipases at pH 6.8, of proteinases (peptidases) at 5.4–6.9 and of keratinase at pH 9.0.

• 3. Below pH 4.5 the ectoenzymes of dermatophytes and physiologically closely related fungi are inactive with the exception of a part of proteinases and of pectinase which for the parasitic phase is insignificant (Ziegler, 1965a).

• 4. Under physiologic conditions the enzymatic catabolism of keratin by fungi can only take place at pH 6–9.

• 5. When dermatophytes were cultivated in media containing phosphoric acid esters (dinatrium-phenyl-phosphate, dinatrium-β-glycerophosphate), T. mentagrophytes with dinatriumphenylphosphat attained 20% and M. gypseum 30% of mycelial weights of controls (with anorganic P), and with dinatrium-β-glycerophosphate 15% and 40% respectively.

• 6. The utilization of phosphoric acid esters causes certain nutrition-physiological complications which for instance show retarded growth.

• 7. Splitting products of phosphoric acid esters per se did not inhibit the fungi in the concentrations occurring (<1.5×10⁻³M).

• 8. Relative activity (A/mg mycelium) of o-phosphoric acid-monoesterphosphohydrolase was by T. mentagrophytes generally much higher than with M. gypseum.

• 9. The phosphatase of T. mentagrophytes splits phenylphosphate easier than β-glycerophosphate (100:67), but both substrates are equally hydrolyzed by the phosphatase of the apathogenic mold fungus P. janthinellum.

• 10. The relative phosphatasic activity of T. mentagrophytes is against phenylphosphate identical with the one of P. janthinellum, but with β-glycerophosphate amounts to only 63% of the activity of the mold fungus.

• 11. For the proteinase complex of T. mentagrophytes gelatin, casein, and peptone are suitable substrates. Activity against peptone and casein is greater than that against gelatin.

• 12. The authors tentatively label “keratinase” an enzyme which renders genuine keratin assailable by tryptic and similar proteinases. Both enzymes differ by divergent pH-opitima and sensitiveness to specific toxins. The authors' thesis of this keratinase function is also supported by the “trypsin effect” (see p. 291).

• 13. Keratinolysis measured in the enzymatic assay is, therefore, the result of linked reactions of keratinase and proteinase and also of possibly consequent enzymes.

• 14. Equally concentrated solutions of crude enzymes (culture filtrates) set free more splitting products from hair dust than from horn dust, although disingeration of horn splinters and with it the growth of fungi with that carbon-nitrogen source in vitro takes place easier and faster than with hair particles (see German summary p. 293). The probable causes of these divergences are discussed.

Zusammenfassung

• 1. Es sind Untersuchungen über die pH-Abhängigkeit der Aktivität und über die Substratspezifität einiger zum Nährsubstratab-oder-umbau ausgeschiedener Enzyme an Dermatophyten und keratinophilen Schimmelpilzen ausgeführt worden.

• 2. In Korrelation mit der „Alkalisierungstendenz” dieser Pilze liegen die Wirkungsoptima der Amylasen bei pH 7,2, der alkalischen Phosphatase bei pH 8,7, der Lipasen bei pH 6,8, der Proteinasen (Peptidasen) bei pH 5,4 bis 6,9 und der Keratinase bei pH 9,0.

• 3. Unterhalb pH 4,5 sind die Ektoenzyme der Dermatophyten und anderer physiologisch nahestehender Pilze mit Ausnahme eines Teiles der Proteinasen und der für die parasitische Phase bedeutungslosen Pektinase (Ziegler, 1965a) inaktiv.

• 4. Der enzymatische Keratinabbau durch Pilze kann unter physiologischen Bedingungen nur bei pH-Werten von 6–9 erfolgen.

• 5. Zum indirekten Phosphatasenachweis haben wir Dermatophyten in Nährlösungen mit Phosphorsäureestern (Dinatriumphenylphosphat, Dinatrium-β-Glycerophosphat) kultiviert. Dabei errichten T. mentagrophytes mit Phenylphosphat 20% und M. gypseum 30% der Mycelgewichte der Kontrollen (anorg. P), sowie mit β-Glycerophosphat 15% bzw. 40%.

• 6. Die Versorgung mit Phosphorsäureestern bereitet also gewisse ernährungsphysiologische Komplikationen, die sich unter anderem durch verlangsamtes Wachstum zu erkennen geben.

• 7. Die Spaltprodukte der Phosphorsäureester als solche hemmten die Pilze in den auftretenden Konzentrationen (<1,5·10⁻³M) nicht.

• 8. Die relative Aktivität (A/mg Mycel) der o-Phosphorsäuremonoesterphosphohydrolase war bei T. mentagrophytes im allgemeinen viel höher als bei M. gypseum.

• 9. Durch die Phosphatase von T. mentagrophytes wird Phenylphosphat leichter gespalten als β-Glycerophosphat (100:67). Hingegen werden beide Substrate durch die Phosphatase des apathogenen Schimmelpilzes, P. janthinellum, in gleichem Ausmaß hydrolysiert.

• 10. Die relative phosphatatische Aktivität von T. mentagrophytes ist gegenüber Phenylphosphat mit derjenigen von P. janthinellum identisch, jedoch beträgt sie mit β-Glycerophosphat nur 63% der Aktivität des Schimmelpilzes.

• 11. Für den Proteinasenkomplex von T. mentagrophytes sind Gelatine, Casein und Pepton geeignete Substrate. Die Aktivität gegenüber Pepton und Casein ist größer als diejenige mit Gelatine.

• 12. Mit dem Terminus „Keratinase” bezeichnen wir vorläufig ein Enzym, das genuine Keratine für tryptische und ähnliche Proteinasen angreifbar macht. Beide Enzyme unterscheiden sich durch ihre divergierenden pH-Optima und die Empfindlichkeit gegenüber spezifischen Giften. Unsere These von dieser Keratinasefunktion wird außerdem durch den „Trypsineffekt” (vgl. S. 291) unterstützt.

• 13. Die im enzymatischen Ansatz gemessene Keratinolyse ist also das Ergebnis gekoppelter Reaktionen von Keratinase und Proteinasen sowie gegebenenfalls Folgeenzymen.

• 14. Gleichkonzentrierte Rohenzymlösungen (Kulturfiltrate) setzen aus Haarstaub mehr Spaltprodukte frei als aus Hornstaub, obwohl der Abbau von Hornspänen und damit das Wachstum der Pilze mit dieser Kohlenstoffstickstoffquelle in vitro leichter und schneller vonstatten gehen als mit Haarpartikeln (vgl. Übersicht S. 293). Die wahrscheinlichen Ursachen für diese Divergenzen werden diskutiert.